JPWO2012165313A1 - 実装方法および実装装置 - Google Patents

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Abstract

課題 チップを樹脂基板に実装する際に、加熱された熱硬化性の樹脂から発生する揮発成分を、ボンディングヘッドに設けられたアタッチメントとヒートツールの隙間や、チップとアタッチメントの隙間から吸引することのない実装方法および実装装置を提供すること。解決手段 ボンディングツールが、所定の温度に昇温されるヒートツールと、チップを吸着保持するアタッチメントと、ボンディングツール外周を覆いアタッチメントの側部まで伸びるカバーを備え、カバーの側面に気体供給口が設けられており、アタッチメントは、ボンディングツール内に設けられた吸引孔により真空吸引されており、カバー側面の気体供給口から気体を供給しながらアタッチメントに吸着保持されたチップを基板に実装する実装方法および実装装置を提供する。

Description

熱硬化性の樹脂を介してフリップチップを基板に実装する実装方法および実装装置に関する。
樹脂基板（以下、基板と呼ぶ）にフリップチップ（以下、チップと呼ぶ）を熱硬化性の樹脂を介して実装する方法が知られている。例えば図８に示すような、実装装置１が用いられている。実装装置１は、チップ２を押圧するボンディングツール４と、基板３を保持する基板ステージ５を備えている。ボンディングツール４には、チップ２を加熱するヒートツール７とチップ２を吸着するアタッチメント８が備えられている。アタッチメント８は、ボンディングツール４に設けられた吸引孔１６とアタッチメント８に設けられた吸引孔１５により真空吸引されている。チップ２は、ボンディングツール４に設けられた吸引孔９とアタッチメント８に設けられた吸引孔１４により真空吸引されている。ヒートツール７は図示していないネジでボンディングツール４に固定されている。それぞれの吸引孔９，１６は、吸引チューブ１０ａ，１０ｂ、切替弁１１ａ，１１ｂ等を経由して真空吸引ポンプ１２と接続されている。
特開２００３−２８９０８８号公報
図８に示す実装装置１を用いて、基板３にチップ２を実装する場合、ヒートツール７を所定の温度に昇温し、アタッチメント８を加熱し、基板３に供給されている熱硬化性の樹脂３０を加熱している。その際、熱硬化性の樹脂３０の揮発成分の一部が、加熱にともない熱硬化性の樹脂３０の周辺に発散する。これらの発散している揮発成分は、アタッチメント８が真空吸引されているため、図８に示すヒートツール７とアタッチメント８の隙間（図８の矢印Ａ部）や、アタッチメント８とチップ２の隙間（図８の矢印Ｂ部）から吸引されるようになる。実装装置１の稼働時間にともない、吸引された揮発成分がヒートツール７とアタッチメント８の隙間に凝結もしくは凝固したり、真空吸引の運転停止を行っている切替弁１１ａ，１１ｂなどに凝結もしくは凝固するようになる。ヒートツール７とアタッチメント８の間に凝結もしくは凝固すると、ヒートツール７からアタッチメント８への熱伝導不良を生じるようになり、所定温度でヒートツール７を昇温しても、アタッチメント８が所定の温度で加熱されず実装不良を招くようになる。また、切替弁１１ａ，１１ｂに揮発成分が凝結もしくは凝固すると真空吸引の動作不良を招くようになる。
そこで、本発明の課題は、チップを基板に実装する際に、加熱された熱硬化性の樹脂から発生する揮発成分を、ボンディングヘッドに設けられたアタッチメントとヒートツールの隙間や、チップとアタッチメントの隙間から吸引することのない実装方法および実装装置を提供することとする。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
熱硬化性の樹脂が充填もしくは配置された基板に、ボンディングツールに吸着保持されたチップを加熱しながら実装する実装方法であって、
ボンディングツールが、所定の温度に昇温されるヒートツールと、チップを吸着保持するアタッチメントと、ボンディングツール外周を覆いアタッチメントの側部まで伸びるカバーを備え、
カバーの側面に気体供給口が設けられており、
アタッチメントは、ボンディングツール内に設けられた吸引孔により真空吸引されており、
カバー側面の気体供給口から気体を供給しながらアタッチメントに吸着保持されたチップを基板に実装する実装方法である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記アタッチメントのチップ吸引孔の外周には外気導入溝が設けられており、前記気体を外気導入溝に供給しながらアタッチメントに吸着保持されたチップを基板に実装する実装方法である。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記ボンディングツールには前記ヒートツールを冷却する外気供給孔が設けられており、前記チップを基板に実装した後、外気供給孔より気体を供給しヒートツールを冷却する実装方法である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記基板の側方には吸引ノズルが設けられており、
前記チップを基板に実装した後、吸引ノズルを用いて基板上部に浮遊する揮発成分を吸引する実装方法である。
請求項５に記載の発明は、
熱硬化性の樹脂が充填もしくは配置された基板に、ボンディングツールに吸着保持されたチップを加熱しながら実装する実装装置であって、
ボンディングツールが、所定の温度に昇温されるヒートツールと、チップを吸着保持するアタッチメントと、ボンディングツール外周を覆いアタッチメントの側部まで伸びるカバーを備え、
アタッチメントを真空吸引する吸引孔と、
カバー側面に気体供給口が設けられ気体が供給されている実装装置である。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記アタッチメントのチップ吸引孔の外周に外気導入溝が設けられ、前記気体が外気導入溝に供給されている実装装置である。
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記ボンディングツールにヒートツールを冷却する外気供給孔が設けられている実装装置である。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、
前記基板の側方に吸引ノズルを備えた実装装置である。
請求項１および５に記載の発明によれば、カバーに囲まれたボンディングツールの周辺雰囲気が、気体供給口からの気体の供給により陽圧となり、熱硬化性の樹脂の揮発成分の流入を防止することができる。アタッチメントとヒートツールの隙間や、チップとアタッチメントの隙間からは、気体供給口から供給された気体が吸引されるようになる。そのため、アタッチメントとヒートツールの間に揮発成分が凝結もしくは凝固することがない。また、切替弁に揮発成分が凝結もしくは凝固することがない。
請求項２および６に記載の発明によれば、アタッチメントのチップ吸引孔から吸引される気体は、その外周に設けられた外気導入溝の気体となる。外気導入溝にカバーの側面の気体供給口から供給された気体が供給されているので、チップ吸着により、揮発成分を含んだ気体が吸引されることがない。そのため、チップとアタッチメントの間に揮発成分が凝結もしくは凝固することがない。
請求項３および７に記載の発明によれば、チップの基板への実装が完了した後、ヒートツールを短時間で冷却することが出来、タクトタイムが短縮され生産性が向上する。
請求項４および８に記載の発明によれば、チップの基板への実装が完了した後、基板の上部に浮遊する揮発成分を吸引ノズルで吸引することができるので、アタッチメントに揮発成分が付着したり吸引されたりすることがない。
本発明の実施の形態１の実装装置の概略側面図である。 アタッチメントとヒートツールとフレームを下側から見た概略斜視図である。 半発明の実施の形態の実装装置の概略動作フローを示すフローチャートである。 アタッチメントとヒートツール間の気体の流れを説明する図である。 実施の形態２で用いられるアタッチメントとヒートツールの概略側面図である。 実施の形態２の実装装置の概略側面図である。 実施の形態３の実装装置の概略側面図である。 従来の実装装置の概略側面図である。
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の実装装置の側面図である。図１において、実装装置１に向かって左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸（上下方向）、Ｚ軸周りをθ軸とする。図２は、実装装置１のボンディングツール４をＺ軸下側から参照し、構成部品であるアタッチメント８とヒートツール７とフレーム６を間隔を置いて配置し図示した概略斜視図である。なお、背景技術で用いた機器の符号は、実施の形態でも同様の符号を使用する。
実装装置１は、チップ２を基板３に加圧するボンディングツール４と、基板３を保持する基板ステージ５とから構成されている。ボンディングツール４は、Ｚ軸方向に移動可能に構成されている。基板ステージ５は、Ｘ、Ｙ軸方向およびθ軸方向に移動可能に構成されている。
図２に示すように、ボンディングツール４は、フレーム６の下面６ｂにヒートツール７の上面７ａが図示していないネジにより固定されている。ヒートツール７の下面７ｂには、アタッチメント８が吸着保持されている。アタッチメント８の下面８ｂには、チップ２が吸着保持されている。図１に示すように、フレーム６には真空吸引のための吸引孔９が設けられている。吸引孔９は、吸引チューブ１０ａに接続され切替弁１１ａを経由して吸引ポンプ１２に接続されている。吸引ポンプ１２にはアタッチメント８を吸引する系統として切替弁１１ｂが設けられている。切替弁１１ｂは、吸引チューブ１０ｂを介してフレーム６の吸引孔１６に接続されている。真空吸引の稼働および停止は、切替弁１１ａ、１１ｂにて行われている。
ヒートツール７には、上面７ａから下面７ｂに貫通する吸引孔１３が設けられている。さらに、アタッチメント８にも、上面８ａから下面８ｂに貫通する吸引孔１４が設けられている。そして、吸引孔１３、１４は、フレーム６の吸引孔９と連通する構造になっている。図２に示すように、アタッチメント８の下面８ｂにはチップ吸着溝８ｃが設けられている。チップ吸着溝８ｃの中央付近には吸引孔１４が配置されており、アタッチメント８の下面８ｂでチップ２を真空吸着するように構成されている。
ヒートツール７の下面７ｂには、アタッチメント８を吸引する吸着溝７ｃが設けられている。吸着溝７ｃには、吸引孔１５が設けられている。吸引孔１５は、フレーム６の内部の吸引孔１６を経由して吸引チューブ１０ｂに接続されている（図１参照）。
アタッチメント８の上面８ａ（ヒートツール７側の吸着面）は、平坦に加工されている。下面８ｂは、チップ２のサイズに合わせて凸部８ｄが形成されている。凸部８ｄは、外周（チップ２の上面２ａと接触する面）が平坦に加工され、内側にチップ吸着溝８ｃと外気導入溝８ｆが形成されている。
図１に示すように、ボンディングツール４の外周には、ボンディングツール４のフレーム６とヒートツール７とアタッチメント８を覆うカバー２０が設けられている。カバー２０の上端２０ａは、ボンディングツール４の上部に接続されている。カバー２０の下端２０ｂは、アタッチメント８の側面８ｅに位置している。カバー２０の側面２０ｃには外部から気体を供給する気体供給口２１が設けられている。気体供給口２１には、供給ダクト２２が接続され、供給ダクト２２の他端は加圧ポンプ２３に接続されている。加圧ポンプ２３からはフィルタリングされた気体（例えば空気）が供給され、カバー２０内は清浄化された気体で陽圧状態となる。清浄化された空気は、アタッチメント８の側面８ｅとカバー２０の下端２０ｂの隙間から漏れるようになっている。漏れた（リークした）空気は、アタッチメント８の周囲に浮遊するアウトガス（熱硬化性の樹脂３０の加熱により発生する揮発成分）からアタッチメント８をエアーパージする効果を備えている。
フレーム６にはヒートツール７の上面７ａと接触する箇所に、カバー２０内と連通した空隙１７が設けられている。ヒートツール７には、空隙１７と通じる導入孔１８が設けられている。また、アタッチメント８にも導入孔１９が設けられている。空隙１７に入った気体は、導入孔１８と導入孔１９を経てアタッチメント８に設けられている外気導入溝８ｆに供給されるようになっている。外気導入溝８ｆは、チップ吸着溝８ｃの外側に設けられている。アタッチメント８の下面８ｂからの揮発成分吸入を防ぐために、外気導入溝８ｆに導入孔１９を設け、導入孔１９および導入孔１８で空隙１７と接続している。空隙１７側は、アタッチメント８の外側よりも陽圧状態のため、外気導入孔８ｆ内も陽圧となる。そのため、基板３に塗布された熱硬化性の樹脂３０の加熱により発生する揮発成分は、外気導入溝８ｆに侵入することがなく、チップ吸着溝８ｃおよびチップ吸引孔１４にも侵入することがない。なお、熱硬化性の樹脂３０として、例えば非導電性ペーストや導電性ペースト、樹脂をシート状にした非導電性シート、導電性シートなどがあげられる。
図４を用いて、アタッチメント８とヒートツール７の間の気体の流れを説明する。空隙１７に流入した気体（図４の矢印Ｃ）は、導入孔１８と導入孔１９を通りアタッチメント８の外気導入溝８ｆに流れる。アタッチメント８とチップ２の隙間から、外気導入溝８ｆの気体が、チップ吸着溝８ｃに流れる。チップ吸着溝８ｃに流れた気体（図４の矢印Ｄ）は、吸引孔１４に流れ、吸引孔１３、９を経由し吸引される（図４の矢印Ｅ）ようになっている。また、カバー２０で覆われ陽圧状態の気体の一部は、ヒートツール７とアタッチメント８の隙間から流入し（図４の矢印Ｆ）、吸着溝７ｃを通り、吸引孔１５，１６を経由し吸引される（図４の矢印Ｇ）ようになっている。
このような実装装置１を用いて、チップ２を基板３に実装する実装方法について図２のフローチャートに基づいて説明する。
まず、基板３の実装箇所に熱硬化性の樹脂３０が塗布され、基板が基板ステージ５に吸着保持されている状態から始める（ステップＳＰ０１）。
次に、チップ搬送装置によりチップ２がボンディングツール４のアタッチメント８に供給される（ステップＳＰ０２）。チップ２の上面２ａがアタッチメント８の下面８ｂに吸着保持される。吸着は、吸引ポンプ１２が駆動され切替弁１１ａ，１１ｂが動作し、吸引チューブ１０ａ，１０ｂおよび吸引孔１３，１４を経てチップ吸着溝８ｃを真空吸引することで行われる。
次に、図示していない２視野の認識手段がチップ２と基板３の間に挿入され、チップ２と基板３に付された位置合わせマークを画像認識する（ステップＳＰ０３）。位置合わせマークの画像認識データに基づいて、基板ステージ５がＸ，Ｙ方向およびθ方向に動作しチップ２と基板３の位置合わせが行われる。
次に、ヒートツール７のヒータが所定温度に昇温される。また、カバー２０の気体供給口２１より気体を供給する。気体は加圧ポンプ２３から供給ダクト２２経由で供給される（ステップＳＰ０４）。供給された気体は、フレーム６の下面６ｂに設けられている空隙１７を経て導入孔１８，１９を通り、アタッチメント８の外気導入溝８ｆに流れるようになる。そして、外気導入溝８ｆから、アタッチメント８とチップ２の上面２ａの隙間を通りチップ吸着溝８ｃに、流れるようになる。また、ヒートツール７の下面７ｂとアタッチメント８の上面８ａの隙間からも、供給された気体が吸引されるようになる。
次に、ボンディングツール４を下降させ、チップ２を基板３に押圧する。ヒートツール７が昇温しているため基板３に塗布されている熱硬化性の樹脂３０が加熱される（ステップＳＰ０５）。熱硬化性の樹脂３０の加熱による揮発成分が、チップ２の周辺に発散する。ボンディングツール４の周りがカバー２０で覆われ、カバー２０内が陽圧に保たれているため、チップ２の周辺に発散している揮発成分は、吸引孔１５，１６に侵入することがない。チップ吸着溝８ｃが真空吸引されているため、カバー２０の気体供給口２１から供給された気体が吸引される。そのため、実装装置１の稼働時間が増えても、ヒートツール７とアタッチメント８の隙間や、吸引孔１３，１４や、切替弁１１ａ，１１ｂに熱硬化性の樹脂３０の揮発成分が凝結もしくは凝固することが無くなる。
次に、所定時間、チップ２を押圧後、切替弁１１ａを動作させ真空吸引を停止し、アタッチメント８によるチップ２の吸着保持を解除する（ステップＳＰ０６）。また、ヒートツール７の昇温を停止する。アタッチメント８からチップ２が取り除かれても、チップ吸着溝８ｃの外周に設けられた外気導入溝８ｆから供給される気体により、チップ吸着溝８ｃ周辺が陽圧状態となる。そのため、発散している揮発成分をチップ吸着溝８ｃに吸い込むことがない。
次に、ボンディングツール４を上昇させ、チップ搬送装置からのチップ２の次の供給に備える（ステップＳＰ０７）。
このように、ヒートツール７とアタッチメント８の隙間や、吸引孔１３，１４や、切替弁１１ａ，１１ｂに熱硬化性の樹脂３０の揮発成分が凝結もしくは凝固することが無いので、長時間の稼働でも、ヒートツール７からアタッチメント８への熱伝導不良がなくなり、実装不良を招くことがない。また、切替弁１１ａ，１１ｂに揮発成分が凝結もしくは凝固することがないので、真空吸引の動作不良を防止することができる。
＜実施の形態２＞
次に本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、実施の形態１で用いた実装装置１のアタッチメント８の構成が異なるものとなる。実施の形態２で用いられるアタッチメントとヒートツールの概略側面図を図５に示す。実施の形態２のアタッチメント８には外気導入溝８ｆと導入孔１９を設けていない。ヒートツール７に設けられた導入孔１８は、空隙１７に供給される気体（例えば、外部空気）を用いてヒータツール７を冷却させる冷却孔として用いられる。外気供給孔３１は、空隙１７の上部に設けられている。外気供給孔３１から高流量の気体を供給することで、ヒートツール７の側面を冷却し、短時間で所定の温度まで冷却することができる。
図５のアタッチメント８を備えた実装装置１の概略側面図を図６に示す。外気供給孔３１は、外気供給ポンプ３２に接続されている。図６に示す実装装置１では、チップ２を基板３に実装した後、ヒートツール７の給電をオフし、ボンディングツール４を上昇させ（実施の形態１のステップＳＰ０７）、外気供給ポンプ３２を駆動し、気体（例えば外部空気）を強制的に空隙１７に導入させている。これにより効率的にヒートーツール７を冷却することができる。また、切替弁１１ａをオフしチップ２の吸着保持が解除されたアタッチメント８の周囲は、カバー２０とアタッチメント８の隙間であるカバー２０の下端２０ｂより気体がリークしエアーカーテンを構成する。これにより、アタッチメント８の下面８ｂが露出していても熱硬化性の樹脂３０の加熱による揮発成分の付着や吸い込みが発生しない。
＜実施の形態３＞
次に本発明の実施の形態３について図７の概略側面図を用いて説明する。実施の形態３は、実施の形態２の実装装置１に吸引ノズル３３と吸引ポンプ３４を備えたものである。吸引ノズル３３は、水平方向にスライドできるように構成されている。チップ２と基板３の実装が完了し、ボンディングツール４が上昇した状態で、基板３の側方より吸引ノズル３３が移動し、熱硬化性の樹脂３０の加熱による揮発成分を吸引する構成となっている。アタッチメント８は、チップ２が搬送装置にから供給されるまでの間、基板３の上部に位置し、揮発成分の影響を受けることとなる。アタッチメント８の下面８ｂが露出した状態のため、搬送装置から次のチップ２を受け取るまでの間、基板３とアタッチメント８の空間に浮遊している揮発成分を吸引ノズル３３で吸引することにより、アタッチメント８への揮発成分の付着や吸い込みを防止することが出来る。
１ 実装装置
２ チップ
２ａ チップ２の上面
３ 基板
４ ボンディングツール
５ 基板ステージ
６ フレーム
６ｂ フレーム６の下面
７ ヒートツール
７ａ ヒートツール７の上面
７ｂ ヒートツール７の下面
７ｃ ヒートツール７の吸着溝
８ アタッチメント
８ａ アタッチメント８の上面
８ｂ アタッチメント８の下面
８ｃ アタッチメント８の側面
８ｃ チップ吸着溝
８ｄ 凸部
８ｅ アタッチメント８の側面
８ｆ 外気導入溝
９ 吸引孔
１０ａ 吸引チューブ
１０ｂ 吸引チューブ
１１ａ 切替弁
１１ｂ 切替弁
１２ 吸引ポンプ
１３ 吸引孔
１４ 吸引孔
１５ 吸引孔
１６ 吸引孔
１７ 空隙
１８ 導入孔
１９ 導入孔
２０ カバー
２０ａ カバー２０の上端
２０ｂ カバー２０の下端
２０ｃ カバー２０の側面
２１ 気体供給口
２２ 供給ダクト
２３ 加圧ポンプ
３０ 熱硬化性の樹脂
３１ 外気供給孔
３２ 外気供給ポンプ
３３ 吸引ノズル
３４ 吸引ポンプ

Claims (8)

  1. 熱硬化性の樹脂が充填もしくは配置された基板に、ボンディングツールに吸着保持されたチップを加熱しながら実装する実装方法であって、
    ボンディングツールが、所定の温度に昇温されるヒートツールと、チップを吸着保持するアタッチメントと、ボンディングツール外周を覆いアタッチメントの側部まで伸びるカバーを備え、
    カバーの側面に気体供給口が設けられており、
    アタッチメントは、ボンディングツール内に設けられた吸引孔により真空吸引されており、
    カバー側面の気体供給口から気体を供給しながらアタッチメントに吸着保持されたチップを基板に実装する実装方法。
  2. 請求項１に記載の発明において、
    前記アタッチメントのチップ吸引孔の外周には外気導入溝が設けられており、前記気体を外気導入溝に供給しながらアタッチメントに吸着保持されたチップを基板に実装する実装方法。
  3. 請求項１に記載の発明において、
    前記ボンディングツールには前記ヒートツールを冷却する外気供給孔が設けられており、前記チップを基板に実装した後、外気供給孔より気体を供給しヒートツールを冷却する実装方法。
  4. 請求項３に記載の発明において、
    前記基板の側方には吸引ノズルが設けられており、
    前記チップを基板に実装した後、吸引ノズルを用いて基板上部に浮遊する揮発成分を吸引する実装方法。
  5. 熱硬化性の樹脂が充填もしくは配置された基板に、ボンディングツールに吸着保持されたチップを加熱しながら実装する実装装置であって、
    ボンディングツールが、所定の温度に昇温されるヒートツールと、チップを吸着保持するアタッチメントと、ボンディングツール外周を覆いアタッチメントの側部まで伸びるカバーを備え、
    アタッチメントを真空吸引する吸引孔と、
    カバー側面に気体供給口が設けられ気体が供給されている実装装置。
  6. 請求項５に記載の発明において、
    前記アタッチメントのチップ吸引孔の外周に外気導入溝が設けられ、前記気体が外気導入溝に供給されている実装装置。
  7. 請求項５に記載の発明において、
    前記ボンディングツールにヒートツールを冷却する外気供給孔が設けられている実装装置。
  8. 請求項７に記載の発明において、
    前記基板の側方に吸引ノズルを備えた実装装置。
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